Електродвигуни - це пристрої, в яких електрична енергія перетворюється на механічну. В основі принципу їхньої дії лежить явище електромагнітної індукції.
Однак способи взаємодії магнітних полів, що змушують обертатися ротор двигуна, істотно різняться залежно від типу напруги живлення – змінного або постійного.
В основі принципу роботи електродвигуна постійного струму лежить ефект відштовхування однойменних полюсів постійних магнітів та притягнення різномінених. Пріоритет її винаходу належить російському інженеру Б. С. Якобі. Перша промислова модель двигуна постійного струму була створена 1838 року. З того часу його конструкція не зазнала кардинальних змін.
У двигунах постійного струму невеликої потужності один із магнітів є фізично існуючим. Він закріплений безпосередньо на корпусі машини. Другий створюється в обмотці якоря після підключення джерела постійного струму. Для цього використовується спеціальний пристрій – колекторно-щітковий вузол. Сам колектор - це кільце струмопровідне, закріплене на валу двигуна. До нього підключені кінці обмотки якоря.
Щоб виник крутний момент, необхідно безперервно міняти місцями полюси постійного магніту якоря. Відбуватися це має у момент перетину полюсом так званої магнітної нейтралі. Конструктивно таке завдання вирішується розподілом кільця колектора на сектори, розділені діелектричними пластинами. Кінці обмоток якоря приєднуються до них послідовно.
Щоб з'єднати колектор з мережею живлення використовуються так звані щітки - графітові стрижні, що мають високу електричну провідність і малий коефіцієнт тертя ковзання.Обмотки якоря не підключені до мережі живлення, а за допомогою колекторно-щіткового вузла з'єднані з пусковим реостатом. Процес включення такого двигуна складається з з'єднання з мережею живлення і поступового зменшення до нуля активного опору в ланцюгу якоря. Електромотор включається плавно та без перевантажень.
Особливості використання асинхронних двигунів в однофазному ланцюзі
Незважаючи на те, що магнітне поле статора, що обертається, найпростіше отримати від трифазної напруги, принцип дії асинхронного електродвигуна дозволяє йому працювати і від однофазної, побутової мережі, якщо в їх конструкцію будуть внесені деякі зміни.
Для цього на статорі має бути дві обмотки, одна з яких є «пусковий». Струм у ній зсувається по фазі на 90 ° за рахунок включення в ланцюг реактивного навантаження. Найчастіше для цього
Майже повна синхронність магнітних полів дозволяє двигуну набирати оберти навіть при значних навантаженнях на валу, що й потрібне для роботи дрилів, перфораторів, пилососів, «болгарок» або полотерних машин.
Якщо в ланцюг живлення такого двигуна включений регульований , то частоту його обертання можна плавно змінювати. А ось напрямок, при живленні від ланцюга змінного струму, змінити не вдасться ніколи.
Такі електромотори здатні розвивати дуже високі обороти, компактні і мають більший крутний момент. Проте наявність колекторно-щіткового вузла знижує їх моторесурс – графітові щітки досить швидко стираються на високих оборотах, якщо колектор має механічні ушкодження.Електродвигуни мають найбільший ККД (більше 80%) із усіх пристроїв, створених людиною. Їх винахід наприкінці XIX століття цілком можна вважати якісним цивілізаційним стрибком, адже без них неможливо уявити життя сучасного суспільства, заснованого на високих технологіях, а чогось більш ефективного поки що не придумано.
Синхронний принцип роботи електродвигуна на відео
вивчити пристрій, принцип дії, характеристики електродвигуна постійного струму;
придбати практичні навички пуску, експлуатації та зупинки електродвигуна постійного струму;
експериментально досліджувати теоретичні відомості про характеристики електродвигуна постійного струму
Основні теоретичні положення
Електродвигун постійного струму - електрична машина, призначена для перетворення електричної енергії на механічну.
Пристрій електродвигуна постійного струму немає відмінностей від генератора постійного струму. Ця обставина робить електричні машини постійного струму оборотними, тобто дозволяє їх використовувати як у генераторному, так і руховому режимах. Конструктивно електродвигун постійного струму має нерухомі та рухливі елементи, які показані на рис. 1.
Нерухома частина - статор 1 (станина) виготовлений із сталевого лиття, складається з головних 2 і додаткових 3 полюсів з обмотками збудження 4 та 5 та щітковою траверсою зі щітками. Статор виконує функцію магнітопроводу. За допомогою головних полюсів створюється постійне у часі та нерухоме у просторі магнітне поле. Додаткові полюси розміщуються між головними полюсами та покращують умови комутації.
Рухливою частиною електродвигуна постійного струму є ротор 6 (якір), який розміщується на валі, що обертається. Якір також грає роль магнітопроводу. Він набраний з тонких, електрично ізольованих один від одного тонких листів електротехнічної сталі з підвищеним вмістом кремнію, що дозволяє зменшити втрати потужності. У пазах якоря запресовані обмотки 7, висновки яких з'єднуються з пластинами колектора 8, розміщеними на цьому валі електродвигуна (див. рис. 1).
Розглянемо принцип роботи електродвигуна постійного струму. Підключення постійної напруги до затискачів електричної машини викликає одночасне виникнення в обмотках збудження (статора) та в обмотках якоря струму (рис. 2). Внаслідок взаємодії струму якоря з магнітним потоком, створюваним обмоткою збудження у статорі виникає сила f, що визначається за законом Ампера . Напрямок цієї сили визначається правилом лівої руки (рис. 2), згідно з яким вона орієнтується перпендикулярно як до струму i(в обмотці якоря), так і до вектора магнітної індукції В(Створюваної обмоткою збудження). В результаті на ротор діє пара сил (рис. 2). На верхню частину ротора сила діє праворуч, нижню – вліво. Ця пара сил створює крутний момент, під дією якого якір приводиться у обертання. Величина електромагнітного моменту, що виникає, виявляється рівною
M = cм Iя Ф,
де зм - коефіцієнт, що залежить від конструкції обмотки якоря та числа полюсів електродвигуна; Ф- магнітний потік однієї пари основних полюсів електродвигуна; Iя - струм якоря двигуна. Як випливає з рис. 2, поворот обмоток якоря супроводжується одночасним зміною полярності на колекторних пластинах. Напрямок струму в витках обмотки якоря змінюється на протилежне, але магнітний потік обмоток збудження зберігає колишній напрямок, що й обумовлює незмінність спрямування сил f, отже, і обертального моменту.
Обертання якоря в магнітному полі призводить до появи в його обмотці ЕРС, напрямок якої визначається вже за правилом правої руки. В результаті для представленої на рис. 2 зміни полів і зусиль в обмотці якоря з'явиться індукційний струм, спрямований протилежно основному струму. Тому виникає ЕРС називається протиЕРС. Величина її дорівнює
E = з e nФ,
де n- частота обертання якоря електродвигуна; з e – коефіцієнт, що залежить від конструктивних елементів машини. Ця ЕРС погіршує робочі характеристики електродвигуна.
Струм у якорі створює магнітне поле, яке впливає на магнітне поле головних полюсів (статора), що називається реакцією якоря. У режимі холостого ходу машини магнітне поле створюється лише головними полюсами. Це поле симетричне щодо осей цих полюсів та співвісно з ними. При підключенні до двигуна навантаження рахунок струму в обмотці якоря створюється магнітне полі – поле якоря. Вісь цього поля буде перпендикулярна осі головних полюсів. Оскільки при обертанні якоря розподіл струму в провідниках якоря залишається незмінним, поле якоря залишається нерухомим у просторі. Додавання цього поля з полем головних полюсів дає результуюче поле, яке розгортається на кут проти напряму обертання якоря. Через війну зменшується крутний момент, оскільки частина провідників потрапляє у зону полюса протилежної полярності і створює гальмівний момент. При цьому відбувається іскріння щіток і обгорання колектора, виникає поздовжнє поле, що розмагнічує.
З метою зменшення впливу реакції якоря на роботу машини в нього вбудовують додаткові полюси. Обмотки таких полюсів включаються послідовно з основною обмоткою якоря, але зміна напряму намотування в них викликає появу магнітного поля, спрямованого проти магнітного поля якоря.
Для зміни напрямку обертання електродвигуна постійного струму необхідно змінити полярність напруги, що підводиться до якоря або обмотування збудження.
Залежно від способу включення обмотки порушення розрізняють електродвигуни постійного струму з паралельним, послідовним і змішаним збудженням.
У двигунів з паралельним збудженням обмотка розрахована на повну напругу мережі живлення і включається паралельно ланцюгу якоря (рис. 3).
Двигун із послідовним збудженням має обмотку збудження, яка включається послідовно з якорем, тому ця обмотка розрахована на повний струм якоря (рис. 4).
Двигуни зі змішаним збудженням мають дві обмотки, одна включається паралельно, інша – послідовно з якорем (рис. 5).
Рис. 3 Мал. 4
При пуску електродвигунів постійного струму (незалежно від способу збудження) шляхом прямого включення в мережу живлення виникають значні пускові струми, які можуть призвести до виходу їх з ладу. Це відбувається внаслідок виділення значної кількості теплоти в обмотці якоря та подальшого порушення її ізоляції. Тому пуск двигунів постійного струму провадиться спеціальними пусковими пристроями. Найчастіше цих цілей застосовується найпростіше пускове пристосування - пусковий реостат. Процес пуску електродвигуна постійного струму з пусковим реостатом показаний на прикладі двигуна постійного струму з паралельним збудженням.
Виходячи з рівняння, складеного відповідно до другого закону Кірхгофа для лівої частини електричного ланцюга (див. рис. 3), пусковий реостат повністю виведено ( Rпуск = 0), струм якоря
,
де U- напруга, що підводиться до електродвигуна; Rя - опір обмотки якоря.
У початковий момент пуску електродвигуна частота обертання якоря n= 0, тому протиелектрорушійна сила, що наводиться в обмотці якоря, відповідно до отриманого раніше виразу також дорівнюватиме нулю ( Е= 0).
Опір обмотки якоря Rя – величина досить мала. Для того, щоб обмежити можливий при цьому неприпустимо великий струм у ланцюгу якоря при пуску, послідовно з якорем незалежно від способу збудження двигуна включається пусковий реостат (пусковий опір Rпуск). У цьому випадку пусковий струм якоря
.
Опір пускового реостату Rпуск розраховують для роботи тільки на час пуску і підбирають таким чином, щоб пусковий струм якоря електродвигуна не перевищував допустимого значення ( Iя, пуск 2 Iя,ном). У міру розгону електродвигуна ЕРС, що наводиться в обмотці якоря, внаслідок зростання частоти його обертання n зростає ( Е=з e nФ). Внаслідок цього струм якоря за інших рівних умов зменшується. При цьому опір пускового реостату R пуску міру розгону якоря електродвигуна необхідно поступово зменшувати. Після закінчення розгону двигуна до номінального значення частоти обертання якоря ЕРС зростає настільки, що пусковий опір може бути зведений до нуля, без небезпеки значного зростання струму якоря.
Таким чином, пусковий опір Rпуск у ланцюзі якоря необхідно лише за пуску. У процесі нормальної роботи електродвигуна воно має бути відключено, по-перше, тому, що розраховане на короткочасну роботу під час пуску, по-друге, за наявності пускового опору в ньому виникатимуть теплові втрати потужності, рівні Rпуск I 2 я, що істотно знижують ККД електродвигуна.
.
З урахуванням виразу для ЕРС ( Е=з e nФ), записавши отриману формулу щодо частоти обертання, отримуємо рівняння частотної (швидкісної) характеристики електродвигуна n(Iя):
.
З нього випливає, що за відсутності навантаження на валу та струмі якоря Iя = 0 частота обертання електродвигуна при даному значенні напруги живлення
.
Частота обертання електродвигуна n 0 є частотою обертання ідеального холостого ходу. Крім параметрів електродвигуна вона залежить також від значення напруги, що підводиться, і магнітного потоку. Зі зменшенням магнітного потоку за інших рівних умов частота обертання ідеального холостого ходу зростає. Тому у разі обриву ланцюга обмотки збудження, коли струм збудження стає рівним нулю ( Iв = 0), магнітний потік двигуна знижується до значення, що дорівнює значенню залишкового магнітного потоку Фзуп. При цьому двигун "іде в рознесення", розвиваючи частоту обертання, на багато більшу за номінальну, що становить певну небезпеку як для двигуна, так і для обслуговуючого персоналу.
Частотна (швидкісна) характеристика електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням n(Iя) при постійному значенні магнітного потоку Ф=constі постійному значенні напруги, що підводиться U = constмає вигляд прямий (Рис. 6).
Виражаючи в рівняннях частотних характеристик струм якоря через електромагнітний момент двигуна М =зм Iя Ф, Отримаємо рівняння механічної характеристики, тобто залежності n(М) при U = constдля двигунів з паралельним збудженням:
.
Нехтуючи впливом реакції якоря у процесі зміни навантаження, можна прийняти електромагнітний момент двигуна пропорційним струму якоря. Тому механічні характеристики двигунів постійного струму мають такий самий вигляд, як і відповідні частотні характеристики. Електродвигун із паралельним збудженням має жорстку механічну характеристику (рис. 7). З цієї характеристики видно, що його частота обертання зі зростанням моменту навантаження знижується незначно, так як струм збудження при паралельному включенні обмотки збудження і магнітний потік двигуна залишаються практично незмінними, а опір ланцюга якоря відносно мало.
p align="justify"> Робочі характеристики електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням представлені на рис. 8. З цих характеристик видно, що частота обертання nелектродвигунів із паралельним збудженням зі збільшенням навантаження дещо зменшується. Залежність корисного моменту на валу двигуна від потужності Р 2 є майже прямою лінією, так як момент цього двигуна пропорційний навантаженню на валу: М=kР 2 / n. Викривлення зазначеної залежності пояснюється деяким зниженням частоти обертання із збільшенням навантаження.
При Р 2 = 0 струм, споживаний електродвигуном, дорівнює струму холостого ходу. При збільшенні потужності струм якоря збільшується приблизно за тією самою залежністю, як і момент навантаження на валу, оскільки за умови Ф=constСтрум якоря пропорційний моменту навантаження. ККД електродвигуна визначають як відношення корисної потужності на валу до потужності, що споживається з мережі:
,
де Р 2 - корисна потужність на валу; Р 1 =UI- потужність, що споживається електродвигуном з мережі живлення; Рея = I 2 я Rя - електричні втрати потужності в ланцюзі якоря, Рев = UIв = I 2 в Rв - електричні втрати потужності в ланцюзі збудження; Рхутро - механічні втрати потужності; Рм - втрати потужності на гістерезис та вихрові струми.
При незмінному напрузі мережі і незмінному магнітному потоці в процесі зміни значення опору якірного ланцюга можна отримати сімейство механічних характеристик, наприклад, для електродвигуна з паралельним збудженням (рис. 9).
Перевага розглянутого способу регулювання полягає в його відносній простоті та можливості отримати плавну зміну частоти обертання в широких межах (від нуля до номінального значення частоти nном). До недоліків цього способу слід віднести те, що мають місце значні втрати потужності в додатковому опорі, що збільшуються із зменшенням частоти обертання, а також необхідність використання додаткової апаратури, що регулює. Крім того, цей спосіб не дозволяє регулювати частоту обертання електродвигуна нагору від її номінального значення.
Зміни частоти обертання електродвигуна постійного струму можна досягти в результаті зміни значення магнітного потоку збудження. При зміні магнітного потоку відповідно до рівняння частотної характеристики для двигунів постійного струму з паралельним збудженням при постійному значенні напруги мережі і незмінному значенні опору якорного ланцюга можна отримати сімейство механічних характеристик, представлених на рис. 10.
До недоліків цього способу слід віднести також відносно невеликий діапазон регулювання внаслідок обмежень механічної міцності і комутації електродвигуна. Перевагою цього способу регулювання є його простота. Для двигунів з паралельним збудженням це досягається зміною опору регулювального реостату R рв ланцюзі збудження.
У двигунів постійного струму з послідовним збудженням зміна магнітного потоку досягається шунтуванням обмотки збудження опором, що має відповідне значення, або замиканням коротко певної кількості витків обмотки збудження.
Широке застосування, особливо в електроприводах, побудованих за системою генератор-двигун, отримав спосіб регулювання частоти обертання шляхом зміни напруги на затискачі якоря двигуна. При постійних магнітному потоці та опорі якорного ланцюга в результаті зміни напруги на якорі можна отримати сімейство частотних характеристик.
Зі зміною напруги, що підводиться частота обертання ідеального холостого ходу n 0 відповідно до наведеного раніше виразом змінюється пропорційно до напруги. Так як опір ланцюга якоря залишається незмінним, то жорсткість сімейства механічних характеристик не відрізняється від жорсткості природної механічної характеристики. U=Uном.
Перевагою розглянутого способу регулювання є широкий діапазон зміни частоти обертання, без збільшення втрат потужності. До недоліків даного способу слід віднести те, що при цьому необхідний джерело регульованої напруги, а це призводить до збільшення маси, габаритів та вартості установки.
Будь-який електричний двигун призначений для здійснення механічної роботи за рахунок витрати доданої до нього електроенергії, яка перетворюється, як правило, на обертальний рух. Хоча у техніці зустрічаються моделі, які одночасно створюють поступальний рух робочого органу. Їх називають лінійними двигунами.
У промислових установках електромотори приводять у дію різні верстати та механічні пристрої, що беруть участь у технологічному виробничому процесі.
Усередині побутових приладів електродвигуни працюють у пральних машинах, пилососах, комп'ютерах, фенах, дитячих іграшках, годинниках та багатьох інших пристроях.
Основні фізичні процеси та принцип дії
На електричні заряди, що рухаються всередині, які називають електричним струмом, завжди діє механічна сила, що прагне відхилити їх напрямок у площині, розташованій перпендикулярно орієнтації магнітних силових ліній. Коли електричний струм проходить металевим провідником або виконаною з нього котушкою, то ця сила прагне посунути/повернути кожен провідник зі струмом і всю обмотку в цілому.
На малюнку нижче показана металева рамка, якою тече струм. Прикладене до неї магнітне поле створює для кожної гілки рамки силу F, що створює обертальний рух.
Ця властивість взаємодії електричної та магнітної енергії на основі створення електрорушійної сили в замкнутому струмопровідному контурі покладено в роботу будь-якого електродвигуна. У його конструкцію входять:
обмотка, якою протікає електричний струм. Її розташовують на спеціальному сердечнику-якорі та закріплюють у підшипниках обертання для зменшення протидії сил тертя. Цю конструкцію називають ротором;
статор, що створює магнітне поле, яке своїми силовими лініями пронизує обмотки ротора, що проходять по витках ротора, електричні заряди;
корпус для розміщення статора. Усередині корпусу створено спеціальні посадочні гнізда, всередині яких вмонтовані зовнішні обойми підшипників ротора.
Спрощено конструкцію найпростішого електродвигуна можна уявити картинкою наступного виду.
При обертанні ротора створюється момент, що крутить, потужність якого залежить від загальної конструкції пристрою, величини прикладеної електричної енергії, її втрат при перетвореннях.
Величина максимально можливої потужності крутного моменту двигуна завжди менша за прикладену до нього електричну енергію. Вона характеризується величиною коефіцієнта корисної дії.
Види електродвигунів
По виду струму, що протікає по обмотках, їх поділяють на двигуни постійного або змінного струму. Кожна з цих груп має велику кількість модифікацій, що використовують різні технологічні процеси.
Електродвигуни постійного струму
Вони магнітне полі статора створюється стаціонарно закріпленими чи спеціальними електромагнітами з обмотками збудження. Обмотка якоря жорстко вмонтована у вал, який закріплений у підшипниках та може вільно обертатися навколо власної осі.
Принципове пристрій такого двигуна показано малюнку.
На сердечнику якоря з феромагнітних матеріалів розташована обмотка, що складається з двох послідовно з'єднаних частин, які одним кінцем підключені до колекторних струмопровідних пластин, а іншим скомутовані між собою. Дві щітки з графіту розташовані на діаметрально протилежних кінцях якоря та притискаються до контактних майданчиків колекторних пластин.
На нижню щітку малюнка підводиться позитивний потенціал постійного джерела струму, але в верхню - негативний. Напрямок струму, що протікає по обмотці, показано пунктирною червоною стрілкою.
Струм викликає в нижній лівій частині якоря магнітне поле північного полюса, а в правій верхній - південного (правило буравчика). Це призводить до відштовхування полюсів ротора від однойменних стаціонарних та тяжіння до різноїменних полюсів на статорі. В результаті прикладеної сили виникає обертальний рух, напрямок якого вказує коричнева стрілка.
При подальшому обертанні якоря за інерцією полюса переходять інші колекторні пластини. Напрямок струму у них змінюється на протилежне. Ротор продовжує подальше обертання.
Проста конструкція такого колекторного пристрою призводить до великих втрат електричної енергії. Подібні двигуни працюють у приладах простої конструкції чи іграшках для дітей.
Електродвигуни постійного струму, що у виробничому процесі, мають складнішу конструкцію:
обмотка секціонована не на дві, а на більшу кількість частин;
кожна секція обмотки змонтована своєму полюсі;
колекторний пристрій виконано певною кількістю контактних майданчиків за кількістю секцій обмоток.
Внаслідок цього створюється плавне підключення кожного полюса через свої контактні пластини до щіток та джерела струму, знижуються втрати електроенергії.
Пристрій подібного якоря показано на зображенні.
У електричних двигунів постійного струму можна реверсувати напрямок обертання ротора. Для цього достатньо змінити рух струму в обмотці на протилежне зміною полярності на джерелі.
Електродвигуни змінного струму
Вони відрізняються від попередніх конструкцій тим, що електричний струм, що протікає в їх обмотці, описується по періодично змінює свій напрямок (знак). Для їх живлення напруга подається від генераторів зі знакозмінною величиною.
Статор таких двигунів виконується магнітопроводом. Його роблять з феромагнітних пластин з пазами, які поміщають витки обмотки з конфігурацією рамки (котушки).
Синхронні електродвигуни
На малюнку нижче показано принцип роботи однофазного двигуна змінного струмуіз синхронним обертанням електромагнітних полів ротора та статора.
У пазах статорного магнітопроводу по діаметрально протилежних кінцях розміщені провідники обмотки, схематично показані у вигляді рамки, якою протікає змінний струм.
Розглянемо випадок моменту часу, що відповідає проходженню позитивної частини його напівхвилі.
В обоймах підшипника вільно обертається ротор з вмонтованим постійним магнітом, у якого яскраво виражені північний N рот і південний S рот полюса. При протіканні позитивної напівхвилі струму по обмотці статора в ній створюється магнітне поле з полюсами S ст і N ст.
Між магнітними полями ротора і статора виникають сили взаємодії (одноіменні полюси відштовхуються, а різноіменні - притягуються), які прагнуть повернути якір електродвигуна з довільного положення до остаточного, коли здійснюється максимально близьке розташування протилежних полюсів відносно один одного.
Якщо розглядати той самий випадок, але для моменту часу, коли по рамковому провіднику протікає зворотна - негативна напівхвиля струму, то обертання якоря відбуватиметься у протилежний бік.
Для надання безперервного руху ротору в статорі роблять не одну обмотку-рамку, а певну їх кількість з таким обліком, щоб кожна з них харчувалася від окремого джерела струму.
Принцип роботи трифазного двигуна змінного струму із синхронним обертаннямелектромагнітних полів ротора та статора показаний на наступній картинці.
У цій конструкції всередині магнітопроводу статора змонтовані три обмотки А, В і З, зміщені на кути 120 градусів між собою. Обмотка А виділена жовтим кольором, В – зеленим, а З – червоним. Кожна обмотка виконана такими ж рамками, як у попередньому випадку.
На малюнку для кожного випадку струм проходить лише по одній обмотці у прямому або зворотному напрямку, яке показано значками "+" та "-".
При проходженні позитивної напівхвилі по фазі А в прямому напрямку вісь поля ротора займає горизонтальне положення тому, що магнітні полюси статора формуються в цій площині і притягують рухомий якір. Різноіменні полюси ротора прагнуть наблизитися до полюсів статора.
Коли позитивна напівхвиля піде по фазі, то якір повернеться на 60 градусів по ходу годинної стрілки. Після подачі струму у фазу відбудеться аналогічний поворот якоря. Кожне чергове перебіг струму в черговій фазі наступної обмотки обертатиме ротор.
Якщо до кожної обмотки підвести зсунуту по кутку 120 градусів напругу трифазної мережі, то в них циркулюватимуть змінні струми, які розкрутять якір і створять його синхронне обертання з підведеним електромагнітним полем.
Ця ж механічна конструкція успішно застосовується в трифазний кроковий двигун. Тільки в кожну обмотку за допомогою управління подаються та знімаються імпульси постійного струму за описаним вище алгоритмом.
Їх запуск починає обертальний рух, а припинення у певний момент часу забезпечує дозований поворот валу та зупинку на запрограмований кут для виконання певних технологічних операцій.
В обох описаних трифазних системах можлива зміна напрямку обертання якоря. Для цього треба просто змінити чергування фаз "А"-"В"-"С" на інше, наприклад, "А"-"С"-"В".
Швидкість обертання ротора регулюється тривалістю періоду Т. Його скорочення призводить до прискорення обертання. Величина амплітуди струму у фазі залежить від внутрішнього опору обмотки та значення прикладеної до неї напруги. Вона визначає величину моменту, що крутить, і потужності електричного двигуна.
Асинхронні електродвигуни
Ці конструкції двигунів мають такий же статорний магнітопровід з обмотками, як і раніше розглянутих однофазних і трифазних моделях. Вони отримали свою назву через несинхронне обертання електромагнітних полів якоря та статора. Зроблено це з допомогою вдосконалення зміни ротора.
Його сердечник набраний із пластин електротехнічних марок сталі із пазами. Вони вмонтовані алюмінієві чи мідні тоководи, які у кінцях якоря замкнені струмопровідними кільцями.
Коли до обмотування статора підводиться напруга, то в обмотці ротора електрорушійною силою наводиться електричний струм і створюється магнітне поле якоря. При взаємодії цих електромагнітних полів починається обертання двигуна.
У цій конструкції рух ротора можливий тільки після того, як виникло електромагнітне поле, що обертається в статорі і воно триває в несинхронному режимі роботи з ним.
Асинхронні двигуни простіше у конструктивному виконанні. Тому вони дешевші і масово застосовуються в промислових установках та побутовій домашній техніці.
Лінійні електродвигуни
Багато робочих органів промислових механізмів виконують зворотно-поступальний чи поступальний рух в одній площині, необхідний для роботи металообробних верстатів, транспортних засобів, ударів молота при забиванні паль.
Переміщення такого робочого органу за допомогою редукторів, кулькових, ременних передач і подібних механічних пристроїв від обертального електродвигуна ускладнює конструкцію. Сучасне технічне вирішення цієї проблеми – робота лінійного електричного двигуна.
У нього статор та ротор витягнуті у вигляді смуг, а не згорнуті кільцями, як у обертальних електродвигунів.
Принцип роботи полягає у наданні зворотно-поступального лінійного переміщення бігуну-ротору за рахунок передачі електромагнітної енергії від нерухомого статора із незамкнутим магнітопроводом певної довжини. Усередині нього послідовним включенням струму створюється магнітне поле, що біжить.
Воно впливає на обмотку якоря з колектором. Виникаючі в такому двигуні сили переміщують ротор тільки в лінійному напрямку напрямних елементів.
Лінійні двигуни конструюються для роботи на постійному або змінному струмі, можуть працювати в синхронному або асинхронному режимі.
Недоліками лінійних двигунів є:
складність технології;
висока вартість;
низькі енергетичні показники.
Лабораторна робота №9
Тема. Вивчення електродвигуна постійного струму.
Мета роботи: вивчити пристрій та принцип роботи електродвигуна.
Обладнання: модель електродвигуна, джерело струму, реостат, ключ, амперметр, з'єднувальні дроти, малюнки, презентація.
ЗАВДАННЯ:
1 . Вивчіть пристрій та принцип роботи електродвигуна, використовуючи презентацію, малюнки та модель.
2 . Приєднайте електродвигун до джерела струму та спостерігайте за його роботою. Якщо двигун не працює, встановіть причину, спробуйте усунути несправність.
3 . Вкажіть два основних елементи у пристрої електродвигуна.
4 . На якому фізичному явищі ґрунтується дія електродвигуна?
5 . Змініть напрямок обертання якоря. Запишіть, що потрібно зробити.
6. Зберіть електричний ланцюг, послідовно з'єднавши електродвигун, реостат, джерело струму, амперметр і ключ. Змініть силу струму та спостерігайте за роботою електродвигуна. Чи змінюється швидкість обертання якоря? Запишіть висновок щодо залежності сили, що діє з боку магнітного поля на котушку, від сили струму в котушці.
7 . Електродвигуни можуть бути будь-якої потужності, тому що:
А) можна змінювати силу струму в обмотці якоря;
Б) можна міняти магнітне поле індуктора.
Вкажіть правильну відповідь:
1) вірно лише А; 2) вірно лише Б; 3) вірно і А, і Б; 4) неправильно і А, і Б.
8 . Перерахуйте переваги електродвигуна, порівняно з тепловим двигуном.
струму»Місце уроку у робочій програмі: 55 урок, один із уроків теми «Електромагнітні явища».
Мета уроку:Пояснити пристрій та принцип дії електричного двигуна.
Завдання:
вивчити електричний двигун з використанням практичного методу – виконання лабораторної роботи.
навчитися застосовувати отримані знання у нестандартних ситуаціях на вирішення завдань;
у розвиток мислення учнів продовжити відпрацювання розумових операцій аналізу, порівняння та синтезу.
продовжити формування пізнавального інтересу учнів.
Методична мета:застосування здоров'язберігаючих технологій на уроках фізики.
Форми роботи та види діяльності на уроці: перевірка знань з урахуванням індивідуальних особливостей учнів; лабораторна робота проводиться в мікрогрупах (парами), актуалізація знань учнів в ігровій формі; пояснення нового матеріалу у формі бесіди з демонстраційним експериментом, цілепокладання та рефлексія.
Хід уроку
1) Перевірка домашнього завдання.
Самостійна робота (різнорівнева) проводиться протягом перших 7 хвилин уроку.
1 рівень.
2 рівень.
3 рівень.
2). Вивчення нового матеріалу. (15 хвилин).
Вчитель повідомляє тему уроку, учні формують мету.
Актуалізація знань. Гра «так» та «ні»
Вчитель читає фразу, якщо учні згодні із твердженням, вони встають, якщо ні – сидять.
Магнітне поле утворюється постійними магнітами чи електричним струмом.
Магнітних зарядів у природі немає.
Південний полюс магнітної стрілки вказує на південний географічний полюс Землі.
Електромагнітом називається котушка із залізним сердечником усередині.
Силові лінії магнітного поля спрямовані зліва направо.
Лінії, вздовж яких у магнітному полі встановлюються магнітні стрілки, називаються магнітними лініями.
План викладу.
Дія магнітного поля на провідник зі струмом.
Залежність напрямку руху провідника від напрямку струму в ньому та від розташування полюсів магніту.
Влаштування та дія найпростішого колекторного електродвигуна.
Рух провідника та рамки зі струмом у магнітному полі.
Пристрій та принцип дії електродвигуна постійного струму.
Інструктаж з техніки безпеки.
Робота виконується за описом у підручнику стр.176.
4.Прикінцевий етап уроку.
Завдання.Два електронних пучка відштовхуються, а два паралельні дроти, якими тече струм в одному напрямку притягуються. Чому? Чи можна створити умови, за яких ці провідники теж відштовхуватимуться?
Рефлексія.
Що нового дізналися? Чи потрібні ці знання у повсякденному житті?
Запитання:
Від чого залежить швидкість обертання ротора в електродвигуні?
Що називається електричним двигуном?
П . 61, скласти кросворд на тему «електромагнітні явища.
Додаток.
1 рівень.
1. Як взаємодіють різноіменні та однойменні полюси магнітів?
2. Чи можна розрізати магніт так, щоб один із отриманих магнітів мав лише північний полюс, а інший – лише південний?
2 рівень.
Чому корпус компаса роблять із міді, алюмінію, пластмаси та інших матеріалів, але не із заліза?
Чому сталеві рейки та смуги, що лежать на складі, через деякий час виявляються намагніченими?
3 рівень.
1.Намалюйте магнітне поле підковоподібного магніту та вкажіть напрямок силових ліній.
2. До південного полюса магніту притяглися дві шпильки. Чому їх вільні кінці відштовхуються?
1 рівень.
1. Як взаємодіють різноіменні та однойменні полюси магнітів?
2. Чи можна розрізати магніт так, щоб один із отриманих магнітів мав лише північний полюс, а інший – лише південний?
2 рівень.
Чому корпус компаса роблять із міді, алюмінію, пластмаси та інших матеріалів, але не із заліза?
Чому сталеві рейки та смуги, що лежать на складі, через деякий час виявляються намагніченими?
3 рівень.
1.Намалюйте магнітне поле підковоподібного магніту та вкажіть напрямок силових ліній.
2. До південного полюса магніту притяглися дві шпильки. Чому їх вільні кінці відштовхуються?
МКОУ «Алакська ЗОШ»
Відкритий урок фізики у 8 класі на тему «Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Електричний двигун. Лабораторна робота № 9 «Вивчення електричного двигуна постійного струму».
Підготувала та провела: вчитель першої категорії Таранушенко Єлизавета Олександрівна.
